关于Python病毒样本的分析方法

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所属分类:逆向工程

前言

近年来,Python语言凭借其入门简单、功能强大和开发效率高等特性逐渐成为最受欢迎的开发语言,与此同时,Python在安全领域的应用也渐趋广泛,开始被用在黑客和渗透测试的各个领域。

微步在线在威胁监控过程中,多次发现病毒木马或直接使用Python来编写,或使用Python打包的方式进行投递:如在2020年1月的一起针对阿拉伯地区的APT攻击事件中,攻击者通过投递携带CVE-2017-0199漏洞的docx文件,释放并运行了Python打包的后门程序;又如2019年11月份,Gaza(中东背景APT组织)也被发现使用了Python封装其木马组件。由此可见,Python在网络攻击事件中的出现日趋频繁,这也为安全分析人员带来新的挑战。


经过分析发现,Python打包的病毒木马主要存在以下3种形式:
1. 以py脚本的形式存在,此种方式最为常见,但也最容易阅读和分析。
2. 将pyc文件结构打包到各种可执行文件中,如PyInstaller工具等。
3. 通过Cython转换成C语言代码,再编译成可执行文件。

其中,以第1种方式最为简单也最为常见,而第2种、第3种方法具有一定分析难度。本文针对第二种方式进行介绍,将介绍常见的Python打包工具的安装和使用方法,同时对典型的Python打包木马病毒进行分析,并讲述相关逆向分析技巧。

常见Python打包工具

1. PyInstaller

简介

PyInstaller 是一个用来将 Python 程序打包成一个独立可执行软件包,支持 Windows、Linux 和 macOS X。该工具是现在非常成熟的一款工具,具有良好的兼容性,支持的Python版本可达到Python3.7。

使用方式

PyInstaller的使用方式非常简单:
(1) pip install pyinstaller指令就可进行安装。

(2) pyinstaller.exe -F yourcode.py指令就可进行简单打包。


分析方法

PyInstaller打包的文件分析起来也十分简单,有现成的工具脚本——pyinstxtractor.py可以使用。pyinstxtractor.py的下载地址如下:
https://sourceforge.net/projects/pyinstallerextractor/

用法也很简单,指令pyinstxtractor.py+可执行文件,就可以进行解包。

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2. py2exe

简介

Py2exe这个工具只能在Windows平台使用,Py2exe是一个开源项目,github的地址:https://github.com/py2exe/py2exe。Py2exe执行Python2和Python3。

使用方式

(1) 下载地址,如下:
  • Python3可直接pip下载。
  • Python2在https://sourceforge.net/projects/py2exe/files/py2exe/下载。

(2) 使用方法,如下:
  • 使用需要创建一个set.py(名称随意),文件内容:
    from distutils.core import setup
    import py2exe
    setup(windows=['1.py'])

  • set.py -h可查看帮助

    python set.py py2exe指令可编译成exe文件


    效果如下图:

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分析方法

(1) 在py2exe打包后的结果文件中,exe和python.dll都是必要组件。有时python.dll可能会被内嵌在exe中。

(2) 可执行文件运行时必然会调用附带的python.dll。

(3) 对python.dll的导出函数PyMarshal_ReadObjectFromString进行hook或者下断点。

(4) 通过PyMarshal_ReadObjectFromString函数可以获取到打包进exe的pyc数据。该函数有两个参数,参数一是pyc数据的起始地址,参数二为数据的长度。


注意:在py2exe中获取的pyc数据内包含多个模块,一定要将多个模块进行拆分再反编译,否则会出错的。

3. bbFreeze

简介

BBFreeze由BrainBot Technologies AG开发

GitHub的地址:

https://github.com/schmir/bbfreeze


使用方式

(1) 下载地址,如下:
可以通过pip或easy_install直接下载。

(2) 使用方法,如下:
指令:bbFreeze+py脚本
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输出结果如图:

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分析方法

BBFreeze和其他工具有所差别,它是通过PyRun_StringFlags函数进行。
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BBFreeze会通过zip模块把随身携带的library.zip进行解压,再通过python的exec来进行执行。其中的library.zip可能会嵌在可执行文件当中。library.zip解压后如图:

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4. cx_Freeze

简介

cx_Freeze也是一种用于将Python脚本打包成可执行文件的一种工具,使用起来和py2exe差不多。GitHub的地址:

https://github.com/marcelotduarte/cx_Freeze


使用方式

(1) 下载地址,如下:

https://sourceforge.net/projects/cx-freeze

也可使用pip进行下载。


(2) 使用方法,如下:

指令:cxfreeze+py脚本。

输出文件如同:
  关于Python病毒样本的分析方法


分析方法

cx_Freeze打包的文件分析起来更为简单。cx_Freeze会将pyc文件直接以资源的形式放在资源段中。我们可以直接使用压缩工具进行打开:
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典型木马病毒分析

通过分析一个简单的样本来演示如何分析这一系列的样本。我们找到一个样本哈希287b67d9927b6a318de8c94ef525cc426f59dc2199ee0e0e1caf9ef0881e7555。

分析第一步需要判断该样本是由什么工具打包的:

首先,我们可以看到有“_MEIPASS2=”字符串,从这可以看到该样本是由Python打包而来。从WinMain函数的代码来看,可以看出来该样本是PythonInstaller打包而来。

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确定好是由什么工具打包后,可以使用之前提到的方式直接对其解包。使用pyinstxtractor.py脚本对其进行解包。解包后的文件列表大致如下:

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其中我们可以看到解包后会生成python27.dll,从这可以看出来该样本是由Python2.7编写的。

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我们大致可以看到,解包后的文件有很多。会有很多Python运行必要的组件和第三方组件,如:_socket.pyd、Crypto.Cipher._AES.pyd等。我们可以在文件列表内看到一个没有扩展名的文件:

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该文件就是我们需要样本核心代码。该文件的文件名就是打包前py文件的文件名,该文件的文件格式很接近pyc的文件格式。之间的差别就是在于文件头缺少majic字段和时间戳。

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我们添加一个Python2.7的majic字段和任意的时间戳。然后我们就可以使用uncompile.py脚本还原出该py文件。

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对于这种常见工具打包的Python样本,我们通常处理的流程:

(1) 判断样本是由什么工具打包而来的。这种工具很常见,它们打包出来的程序往往很容易判断出来。

(2) 使用针对的破解工具或方法进行代码提取。

(3) 提取的代码通常是pyc文件格式的。

(4) 使用uncompile.py脚本进行反编译就可得到原始的py文件


其他Python打包分析

通常情况下,病毒样本不会乖乖的使用以上几种工具进行打包。很多黑客会使用自己定制的程序来对python脚本进行打包。我们以一个样本举例,通过该样本来演示如何分析。该样本是一个由pupy的py脚本打包而来的elf文件。

1. 分析该样本,发现该样本会在内存中解密释放libpython2.7.so.1.0这个so文件。该文件是python2.7的核心文件,导出函数都是python重要的api函数。

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2. 在将libpython2.7.so.1.0,就该函数sub_5637CE90DFD2负责获取libpython2.7.so.1.0的导出函数。

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3. 将libpython2.7.so.1.0的导出函数地址初始化到imports全局变量内。通过使用dlsym函数,利用函数的名称来获取函数地址。

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4. 之前已经将python api的地址存储在imports变量内,之后的调用也是通过imports变量来进行的,还原一下调用的python函数的符号,可以看到样本初始化python环境和执行的整个过程。


首先是初始化python运行环境。

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随后初始化必要的python模块。

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在准备好python运行环境后,就该是加载pupy的代码了。

看到PyMarshal_ReadObjectFromString函数的时候,可以得知该样本使用脚本式来执行python的代码。

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PyMarshal_ReadObjectFromString函数的主要功能是,读取一段数据,生成一个PyCodeObject的python对象。第一个参数是string的地址,第二个参数是数据的长度。


5. PyMarshal_ReadObjectFromString的第一个参数就是pupy的字节码,这个字节码的实际格式是一个pyc文件。将这个string还原成pyc文件就可以恢复出pupy的py脚本。

  • 将PyMarshal_ReadObjectFromString的第一个参数数据保存到pyc文件中。注意,这个时候保存的pyc文件内并没有python的版本信息和时间戳。在文件头前添加8个字节,前四个字节表示python版本(不可随意填写,一定要是python2.7版本)、后四个字节表示时间戳(可随便填写)。

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  • 通过python的反编译脚本uncompyle6.py对保存的pyc文件进行反编译,就可以生成一个pupy的py脚本。通过对脚本的简单分析就可以十分确定这个样本是pupy家族的。脚本是开源的,具体的行为就不进行分析。

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总结

通过对多个工具分析可以看到,无论是通过什么工具进行打包,都需要一个关键的因素,那就是python.dll或libpython.so。那么我们先来介绍一下python.dll在python中起到了什么作用。


实质上,在整个Python的目录结构中,python.dll是最核心最基础的组件。Python的运行时环境就是在python.dll中实现的,这里包含了对象/类型系统、内存分配器和运行时状态信息。这里也就可以理解为什么任何方式进行打包都需要将对应的python.dll一同打包进去了。


也就是说,无论什么工具,都是要通过python.dll来建立python的运行环境。这个过程是可以通过调用python.dll的导出函数来实现的。在python.dll的一个导出函数中,有个函数Py_Initialize就是用来初始化Python的运行环境。


Python有两种主要的运行模式,一种是交互式模式,另一种是脚本运行方式。我们通过两个简单例子来演示一下:


1. 脚本运行方式

我们准备一个简单的py脚本,将其编译为pyc文件。

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我们准备一个简单的C代码来调用此pyc文件。

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(1) 加载对应版本的python.dll。

(2) 首先先调用Py_Initialize函数。
(3) 随后调用PyRun_SimpleFile,来运行pyc文件。


2. 输出结果

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3. 交互式模式

简单的C代码的例子:

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(1) 加载对应版本的python.dll。

(2) 首先先调用Py_Initialize函数。
(3) 接下来利用PyDict_New创建一个Dict。
(4) 然后调用PyEval_GetBuiltins获取解释器。

(5) 最后调用PyRun_String来执行各种代码。


4. 运行结果

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根据两个演示,可以很明确的知道Python的运行逻辑。在之后遇到的任何由Python打包的可执行文件时,可以通过对PyRun系列的函数进行检测。

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通过这一系列的函数,我们可以获取到打包进可执行文件内的明文Python脚本或pyc的字节码。


5. 总结

处理python打包这一系列样本的过程主要如下:
(1) 判断是否是已知工具打包。

(2) 如果不是已知工具,可着手查找PyRun系列的函数的调用。

(3) 在PyRun系列的函数的参数中可以获取到对应的样本代码。

(4) 使用uncompile.py脚本进行反编译就可得到原始的py文件。


参考链接

6.1 工具链接

工具

链接

Pyinstaller

https://pypi.org/project/pyinstaller/

py2exe

https://pypi.org/project/py2exe/

bbFreeze

https://pypi.org/project/bbfreeze/

cx-Freeze

https://pypi.org/project/cx-Freeze/

            

6.2 样本链接

  • https://s.threatbook.cn/report/file/287b67d9927b6a318de8c94ef525cc426f59dc2199ee0e0e1caf9ef0881e7555/?sign=history&env=winxpsp3_exe


  • https://s.threatbook.cn/report/file/4827847e926a1f39c720894aba3eae8ee1e711f8cc9f57effbba4ea36c072b81/?sign=history&env=win7_sp1_enx86_office2013


6.3 有关Python木马的安全事件报告

  • https://x.threatbook.cn/nodev4/vb4/article?threatInfoID=2075
  • https://blog.talosintelligence.com/2020/01/jhonerat.html


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关于微步在线研究响应团队

微步情报局,即微步在线研究响应团队,负责微步在线安全分析与安全服务业务,主要研究内容包括威胁情报自动化研发、高级 APT 组织&黑产研究与追踪、恶意代码与自动化分析技术、重大事件应急响应等。


微步情报局由精通木马分析与取证技术、Web 攻击技术、溯源技术、大数据、AI 等安全技术的资深专家组成,并通过自动化情报生产系统、云沙箱、黑客画像系统、威胁狩猎系统、追踪溯源系统、威胁感知系统、大数据关联知识图谱等自主研发的系统,对微步在线每天新增的百万级样本文件、千万级 URL、PDNS、Whois 数据进行实时的自动化分析、同源分析及大数据关联分析。微步情报局自设立以来,累计率先发现了包括数十个境外高级 APT 组织针对我国关键基础设施和金融、能源、政府、高科技等行业的定向攻击行动,协助数百家各个行业头部客户处置了肆虐全球的 WannaCry 勒索事件、BlackTech 定向攻击我国证券和高科技事件、海莲花长期定向攻击我国海事/高科技/金融的攻击活动、OldFox 定向攻击全国上百家手机行业相关企业的事件。





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本文始发于微信公众号(微步在线研究响应中心):关于Python病毒样本的分析方法

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